基于生物技术的马铃薯淀粉废水处理工艺研究

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马铃薯淀粉加工废水呈酸性,该废水中含有淀粉、蛋白质等有机物,具有高泡沫、高浓度、高浊度的“三高”特点,利用传统工艺处理难度高,消耗成本大,且难以达到排放标准,成为马铃薯淀粉行业亟待解决的课题。马铃薯蛋白是造成废水恶臭和氨氮含量超标的主要原因。从马铃薯淀粉废水中回收马铃薯蛋白,可有效降低氨氮含量,臭味减小,并通过废水生化性好的特点利用微生物对马铃薯淀粉废水进行处理,对马铃薯行业有一定的现实意义。本论文据此开展了以下工作。(1)以生物高分子材料聚谷氨酸为絮凝剂,对马铃薯淀粉生产废水中的蛋白质进行回收。采用Box-Behnken试验设计方法,优化聚谷氨酸回收马铃薯淀粉废水中蛋白质的工艺参数。结果表明:最佳絮凝条件为聚谷氨酸(纯度≥90%)添加量0.93 g/L、初始p H值3.23、絮凝温度40℃、絮凝时间40 min,此条件下马铃薯蛋白含量为65-75%,马铃薯蛋白质回收率达68.43%,一吨废水可回收5kg马铃薯粗蛋白。(2)通过傅里叶红外光谱以及扫描电子显微镜对聚谷氨酸絮凝机理进行初步探究,结果表明:聚谷氨酸中的氨基、羧基分别与马铃薯蛋白的氨基、羧基形成了酰胺键;马铃薯蛋白质通过网捕卷扫机理进入聚谷氨酸形成的立体网状结构。(3)氨基酸分析结果表明:聚谷氨酸回收马铃薯淀粉中的蛋白质,其氨基酸总量为51.89%,必需氨基酸总量为21.84%,必需氨基酸占氨基酸总量的42.09%必需氨基酸与非必需氨基酸的比值为72.68%,高于WHO/FAO标准规定的比值40%和0.6,是一种优质蛋白。(4)以16株菌为出发菌株,以对淀粉、纤维素、蛋白质和果胶的分解能力为初筛原则,以有效去除淀粉废水中氨氮、总磷、COD含量,生长速度快以及菌株彼此间无拮抗作用为复筛原则,从中筛选得到5株菌,分别为枯草芽孢杆菌BYBC108(Bacillus subtilis)、短小芽孢杆菌BYBC113(Bacillus pumilus)、地衣芽孢杆菌BYBCY17(Bacillus licheniformi)、融合酵母BYBCY18(Saccharomyces cerevisiae)、酿酒酵母BYBCY6(Saccharomyces cerevisiae)。(5)对基础培养基进行优化,优化后培养基配方为:果葡糖浆0.7%,豆粕与尿素的符合比例为3:1,氯化铁0.3%,37℃、200r/min条件下震荡培养。(6)对微生物菌剂处理马铃薯淀粉废水的条件进行优化。当淀粉废水初始p H为6、微生物复合菌剂添加量为1%,处理时间为9d,环境温度在20℃,废水中氨氮含量下降68.06%,总磷含量下降66.17%,COD含量下降79.42%。(7)利用GC/MS技术对菌剂去除废水中有机物的效能进行检测。废水中主要有机物为烷类、酯类,其次为芳香烃和醇类。经菌剂处理后有机物由44种减少到38种,微生物菌剂对醇类、酮类,醛类,芳香烃的去除率都在70%以上。
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